(57)【要約】【課題】離型性に優れ、強度が高く、表面の外観の良好な無機質硬化体の製造方法を提供する。【解決手段】セメントを含む原材料に、補強繊維２としてビニロン繊維とポリプロピレン繊維とを、調製されるセメント系材料１の固形分全量に対して、ビニロン繊維の配合量が０．５〜１．５質量％、ポリプロピレン繊維の配合量がビニロン繊維の配合量以上、及び、補強繊維２全体の配合量が５質量％以下、となるように配合する。この補強繊維を含有するセメント系材料１をホットプレスによりプレス成型することによって、無機質硬化体を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントを含む原材料に、補強繊維としてビニロン繊維とポリプロピレン繊維とを、調製されるセメント系材料の固形分全量に対して、前記ビニロン繊維の配合量が０．５〜１．５質量％、前記ポリプロピレン繊維の配合量が前記ビニロン繊維の配合量以上、及び、前記補強繊維全体の配合量が５質量％以下、となるように配合し、この補強繊維を含有するセメント系材料をホットプレスによりプレス成型することを特徴とする無機質硬化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築用のパネルなどとして用いられる無機質硬化体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント系材料にプレス加工して成型することによって、建築用パネルなどを製造することが知られている。プレス加工により、表面を平滑な面に形成したり、あるいは、表面に凹凸模様を付与したりすることができる（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０７３１１３号公報
【特許文献２】特開平９−１２３１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プレス成型においては、プレス後に成型材料がプレス型（型枠）に付着せず、良好に離型することが重要である。成型材料がプレス型に付着すると、成型後の材料に欠けが生じるなどして、製品不良を招いてしまうおそれがある。また、プレス型に材料が付着すると、材料が付着された状態で次の成型材料をプレスしてしまって不良品が発生したり、また、付着した材料をプレス型から取り除く作業が必要となったりして、生産性が低下してしまう。
【０００５】
プレス型に成型材料が付着しないために、離型油などの離型剤をプレス型に塗布することが知られている。離型剤の使用により離型性が高まり、プレス不良が抑制される。しかしながら、セメント系材料に対し、離型剤を塗布した型枠を用いてプレス成型及び離型を実施したときでも、成型体の表面の地合い（外観、平滑性など）が悪くなる場合があった。特に、成型体の強度を高めるために成型材料に補強繊維を配合し、プレス型として、型枠がフラットな柄を転写するものを用いて成型した場合には、補強繊維に由来する凹凸が顕著に見られる場合があり、成型体表面の外観が悪化するおそれがあった。
【０００６】
特許文献２には、セメント系材料をホットプレスして成型と同時に硬化させることが開示されているが、表面の地合いを十分に改善できるとは言い難かった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、離型性に優れ、強度が高く、表面の外観の良好な無機質硬化体の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る無機質硬化体の製造方法は、セメントを含む原材料に、補強繊維としてビニロン繊維とポリプロピレン繊維とを、調製されるセメント系材料の固形分全量に対して、前記ビニロン繊維の配合量が０．５〜１．５質量％、前記ポリプロピレン繊維の配合量が前記ビニロン繊維の配合量以上、及び、前記補強繊維全体の配合量が５質量％以下、となるように配合し、この補強繊維を含有するセメント系材料をホットプレスによりプレス成型することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ビニロン繊維とポリプロプレン繊維とを補強繊維として上記の量で含有する材料をホットプレス成型することにより、離型性よく製造することができ、強度が高く、表面の外観の良好な無機質硬化体を製造効率よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】プレス成型の一例の模式図を示し、（ａ）及び（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
無機質硬化体は、セメントを含む原材料に、補強繊維としてビニロン繊維とポリプロピレン繊維とを配合し、この補強繊維を含有するセメント系材料をホットプレスによりプレス成型することにより製造する。
【００１２】
セメント系材料は、主成分とするセメントに適宜の添加成分を加えて、この混合物を水に分散させることによって調製されるものである。原材料であるセメントとしては、普通セメントを用いることができ、例えば、ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、アルミナセメント、ハイアルミナセメント、シリカフュームセメントなどを用いることができる。ただし、セメント原材料にはあらかじめ添加剤などが含まれていてもよい。
【００１３】
セメント系材料には、補強繊維としてビニロン繊維とポリプロピレン繊維とが添加される。補強繊維を加えることにより、無機質硬化体の強度を高めることができる。また、補強繊維としてビニロン繊維を用いることにより、こしの強い無機質硬化体を得ることができる。すなわち、ビニロン繊維の配合により、板状の無機質硬化体に曲げる力を加えたときに、若干しなる力が働いて力を吸収して板折れを抑制することができ、曲げ力に対する強度を高めることができるものである。また、補強繊維としてポリプロピレン繊維を用いることにより、耐衝撃性の高い無機質硬化体を得ることができる。すなわち、ポリプロピレン繊維の配合により、板状の無機質硬化体に衝撃を与える力を加えたときに、板の破壊を抑制することができ、衝撃力に対する強度を高めることができるものである。このように、補強繊維として、ビニロン繊維とポリプロピレン繊維とを併用することにより、単独では得られない強い強度を得ることができる。補強繊維としては、繊維長が０．５〜１０ｍｍ、より好ましくは２〜８ｍｍで、繊維径が１〜１００μｍ、より好ましくは１０〜３０μｍの繊維を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
補強繊維の配合量は、調製されるセメント系材料の固形分全量に対して、ビニロン繊維の配合量が０．５〜１．５質量％、ポリプロピレン繊維の配合量がビニロン繊維の配合量以上、及び、補強繊維全体の配合量が５質量％以下、となる配合量にする。ビニロン繊維の配合量が０．５〜１．５質量％になることにより、こしのある強い無機質硬化体を得ることできる。ビニロン繊維の量が少なすぎると、強度を高めることができなくなるおそれがあり、ビニロン繊維の量が多すぎると、表面平滑性を損なうおそれがある。強度を高めるためには、ビニロン繊維の配合量は、１質量％以上であることが好ましく、１．２質量％以上であることがさらに好ましい。また、表面平滑性を高めるためには、ビニロン繊維の配合量は１．４質量％以下であることが好ましく、１．３質量％以下であることがさらに好ましい。
【００１５】
また、ポリプロピレン繊維の配合量がビニロン繊維の配合量以上であることにより、耐衝撃性の優れた無機質硬化体を得ることができる。ポリプロピレン繊維の配合量は、ビニロン繊維の配合量よりも多いことが好ましい。例えば、ポリプロピレン繊維の配合量をビニロン繊維の配合量の１．２倍以上にしてもよい。ポリプロピレン繊維の配合量の上限は、３質量％、又は、２質量％であってよい。
【００１６】
また、補強繊維全体の配合量を５質量％以下にすることにより、セメント系材料の成型性を十分に確保しながら、無機質硬化体の強度を向上させることができる。セメント系材料中の補強繊維の分散性を良好にするためには、補強繊維の配合量は、４質量％以下が好ましく、３質量％以下がさらに好ましい。なお、補強繊維全体の配合量の下限は、ビニロン繊維及びポリプロピレン繊維の配合量が各０．５質量％となる、１質量％である。
【００１７】
セメント系材料には、骨材を加えることが好ましく、軽量骨材を加えることがさらに好ましい。軽量骨材を加えることにより、軽量化を図ることができ、また、寸法安定性がよく、耐候性の高い無機質硬化体を得ることができる。軽量骨材としては、パーライト、焼成バーミキュライト、フライアッシュバルーン、合成樹脂ビーズ、合成樹脂発泡体などを用いることができる。軽量骨材の配合量は、セメント系材料の固形分全量に対して、０．１〜１．５質量％にすることができる。
【００１８】
また、セメント系材料には、減水剤を加えることが好ましい。減水剤を加えることにより、セメント分散性の高い材料を得ることができる。減水剤は、セメント系の材料に通常用いられる界面活性剤などであってよい。減水剤としては、ＡＥ減水剤などを用いることができる。減水剤は、標準形、遅延形、促進形のいずれであってもよい。減水剤の配合量は、セメント系材料の固形分全量に対して、０．５〜３質量％にすることができる。
【００１９】
また、セメント系材料には、増粘剤を加えてもよい。増粘剤を加えることにより、粘度を調整して成型しやすい材料を得ることができる。増粘剤は、セメント系の材料に通常用いられる増粘剤であってよい。例えば、セルロース系増粘剤を用いることができる。また、水溶性の増粘剤を用いることができる。増粘剤の配合量は、セメント系材料の固形分全量に対して、０．５〜３質量％にすることができるが、これに限定されるものではない。また、減水剤と増粘剤との合計量が、セメント系材料の固形分全量に対して、０．５〜３質量％になるようにしてもよい。
【００２０】
セメント系材料には、通常、水が配合される。水の配合により、セメント系材料が流動性のあるセメントスラリーの状態になり、材料をより均一に分散することができるとともに、押し出し成型などにより、適宜の形状に成型加工することが可能になる。
【００２１】
水の配合量は、分散性と成型性の観点から、１０〜１００質量％にすることができる。この水の配合量は、セメント系材料の固形分に対する量である。すなわち、水以外の成分は、通常、固形分量として考えることができ、その合計量を１００質量％としたときの配合量であってよい。水の配合量は、より好ましくは、２０〜５０質量％である。
【００２２】
セメント系材料には、その他、適宜の添加剤を加えてもよい。添加成分としては、例えば、着色剤、顔料、粘度調整剤、などが挙げられる。なお、セメント系材料にポリマーと乳化剤とを配合し、逆乳化エマルジョンを調製してもよい。
【００２３】
そして、上記の材料を分散混合したセメントスラリーを調製し、このセメントスラリーを押し出し成型機に流し込み、押し出し型で成型することによって、例えば、板状に成型する。ただし、この状態では成型材料は完全に硬化されておらず、いわゆるグリーンシートの状態となっている。グリーンシートは抄造機を用いて得てもよい。得られたグリーンシートは、コンベアなどの搬送により、プレス機に送られ、プレス成型される。
【００２４】
本形態では、プレス成型をホットプレスにより行うものである。ホットプレスにより、離型性よく、セメント系材料を成型することができる。すなわち、室温でプレスした場合、プレス型に材料が付着して、後残りする場合があるが、熱をかけてプレスすることにより、材料の付着を低減し、成型後の材料を容易に離型させることができる。また、ホットプレスでは、離型剤を使用しなくても容易に材料を離型することができるため、製造効率を向上することができる。なお、もちろん、さらなる離型性を得るために離型剤を使用してもよい。離型剤を使用する場合は、プレス型に塗布してもよいし、成型材料表面に噴き付けるなどしてもよい。
【００２５】
また、ホットプレスによってプレス成型することにより、繊維に由来する成型体表面の凹凸を軽減して表面を平滑にして成型することができるため、成型体表面の外観（地合い）を向上することができる。したがって、特に表面の平坦な無機質硬化体を外観性よく製造することが可能である。
【００２６】
セメント成型体表面に凹凸が生じる原因として、セメント系材料に補強繊維として有機繊維（ビニロン繊維及びポリプロプレン繊維）を配合した場合、その繊維が混合過程において互いに密接に絡まって、ファイバーボール（ダマ）が形成されることが挙げられる。ファイバーボールが形成されると、ファイバーボールに由来する繊維の塊が成型体の表面において、表面凹凸となって現れるのである。
【００２７】
成型体表面の平滑性向上の機構は次のように推測される。セメント系材料をプレス成型する前には、この材料表面部分には、親水性のビニロン繊維および水分を含んでいるポリプロプレン繊維がファイバーボールとして存在している。そして、プレス型（金型）を加熱した状態でプレスすることにより、プレス型と接する材料の表面部分に、熱と圧力が加わる。それにより、ファイバーボールは、ホットプレス（熱と圧力）によって、その繊維が形状を変えてファイバーボールの繊維がほぐれる。また、このとき、補強繊維の周りにはセメントマトリックス材料及び水が存在しているが、ホットプレス成型では、常温（例えば２０℃）でのプレスよりもセメントマトリックス材料に熱がかかって材料温度が向上し、材料の流動性が向上する。そのため、ホットプレスによってファイバーボールがよりほぐれやすくなる。こうして、ファイバーボールがほぐれるために、成型体表面の凹凸が軽減されるものと推測される。しかも、本発明では、腰の強いビニロン繊維と腰の弱いポリプロピレン繊維とを併用している。ビニロン繊維のみではホットプレスにより一旦セメントマトリックスに馴染んでも、常温に戻る際に元の繊維形状に近い形状に戻るため成型体表面の平滑性が失われる可能性が高い。しかしながら、繊維の併用により、本発明ではビニロン繊維の周りにポリプロピレン繊維が存在する。そのため、常温に戻る際に元の繊維形状に近い形状に戻ろうとするビニロン繊維の復元力を周囲の腰の弱いポリプロピレン繊維がある程度吸収することで、成型体表面の平滑性の消失を抑制するものと推測される。すなわち、ファイバーボールは、服のアイロン掛けと同様なアイロン効果によってほぐれ、成型体の表面は平滑になるものと推察される。
【００２８】
図１は、プレス成型の一例であり、プレス成型によって材料表面部分のファイバーボールがほぐれる様子の模式図を示している。図１（ａ）に示すように、プレス前のセメント系材料１には、補強繊維２が密に絡み合ったファイバーボールが存在している。この状態では、表面付近の補強繊維２ａによって形成されたファイバーボールは、セメント系材料１の表面から一部が突出しており、表面に補強繊維２ａに由来する凹凸が形成されている。そして、図１（ｂ）に示すように、セメント系材料１にホットプレス加工を施すと、セメント系材料１の表面がプレス型３によって加熱加圧され、それによりファイバールがほぐれた補強繊維２ａが得られる。ファイバーボールがほぐれる（又はほぐれが軽減される）と、成型材料の表面に存在していたファイバーボールを構成する補強繊維２ａは、繊維形状が変形し、セメント系材料表面での突出が消失する。このようにして、表面が平滑な成型体を得ることができるものである。なお、上記の表面平滑性向上の機構は、推測される機構の一例であり、本発明はこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２９】
ホットプレスの加熱温度は、８０〜１００℃であることが好ましい。８０℃未満では表面平滑性向上の効果が十分に発揮されなくなるおそれがある。また、１００℃を超えると、プレス温度が水の沸点を超えるため、表面の水分が蒸発してしまい、成形体の性状が悪化するおそれがある。ホットプレスの加圧力は、特に限定されるものではないが、成型性の観点から、例えば、１〜１０ＭＰａの範囲にすることができる。プレス保持時間は、３〜３０秒の範囲であってよい。
【００３０】
プレス型としては、表面が平滑なもの、凹凸模様を転写するものなど、適宜のものを使用することができる。本形態では、表面が平滑な面をプレスする場合であっても、成型体表面の外観を向上することができ、表面が平坦な無機質硬化体を容易に得ることができる。また、凹凸模様の無機質硬化体を形成する場合には、意匠を構成する凹凸とは異なる繊維に由来する外観意匠を損なうような凹凸が形成されることを抑制することができ、凹凸模様の良好な無機質硬化体を得ることができる。
【００３１】
プレス成型された成型体は、養生されるなどして、建築材料に使用される無機質硬化体として製造される。もちろん、無機質硬化体は、各種の塗装や加工（切削や接着など）が施されてもよい。このようにして得られた無機質硬化体は、強度が高く、表面外観が優れたものであり、例えば、外壁材や屋根材などの建築用パネルとして使用することができるものである。
【実施例】
【００３２】
表１に示す配合量でセメント系材料を調製し、表面が平坦な面となったプレス型によって、プレス成型した。
【００３３】
使用した材料の仕様は次の通りである。
・セメント：  ポルトランドセメント。
・ビニロン繊維：  平均繊維長４〜６ｍｍ、平均繊維径１０〜２０μｍ。
・ポリプロピレン繊維：  平均繊維長４〜６ｍｍ、平均繊維径２０〜３０μｍ。
・軽量骨材：  樹脂発泡材マイクロカプセル  粒径４０〜６０μｍ。
・減水剤：  ポリカルボン酸系分散剤。
・増粘剤：  メチルセルロース。
【００３４】
セメント系材料の調製は、各材料を配合し、アイリッヒミキサーにて混合混練することにより行った。各材料について、プレス成型を行うことにより、矩形板状の成型体（サイズ：長辺６００ｍｍ、短辺２５０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）を得た。通常プレス（プレス温度：２０℃）の場合には、離型剤として離型油（石油系炭化水素）をプレス型に塗布してプレスした。また、ホットプレスの場合には、離型剤を使用しなかった。プレス保持時間は、いずれも５〜１０秒とした。プレス成型の圧力は、１〜１０ＭＰａとした。また、プレス前の材料の温度は１０〜３０℃であった。得られた成型体を７日間養生し、試験体として無機質硬化体を作製した。
【００３５】
試験体について、表面平滑性検査、曲げ強度試験、及び、耐衝撃性試験を行った。表面平滑性は、肉眼による外観検査により、「○：表面が平滑であり凹凸が見られない」、「△：表面はほぼ平滑であるが、若干の凹凸が見られる」、「×：凹凸が多く形成され、表面が平滑でない」の基準で評価した。また、曲げ強度の測定は、ＪＩＳ  Ａ  １４０８に準拠して行った。また、衝撃強度の測定は、シャルピー衝撃試験ＪＩＳ  Ｋ７１１１−１に準拠して行い、シャルピー衝撃強度を測定した。
【００３６】
結果を表１に示す。
【００３７】
実施例１〜７では、補強繊維の配合により試験体の強度が高まり、ホットプレス（８０〜１００℃）によりプレス後の試験体の平滑性が良好になった。なお、実施例５、６、７に示すように、ビニロンの配合量が多くなると平滑性が低下していくことが確認された。
【００３８】
比較例１、２では、補強繊維としてポリプロプレン繊維のみを配合しており、強度が足りないことが確認された。また、比較例３〜５では、ビニロン繊維を添加（０．５〜１．５質量％）することにより強度の向上が見られたが、通常プレス（２０℃、離型油使用）を行っているため、試験体表面の平滑性はよくなかった。
【００３９】
また、ホットプレスを行った比較例６〜９でも、十分な性能が得られなかった。ビニロン繊維を配合しない比較例６では、曲げ強度が小さく耐衝撃性も低かった。ポリプロプレン繊維を配合しない比較例７、及び、ポリプロピレン繊維の配合量がビニロン繊維よりも低い比較例８では、耐衝撃性が低かった。ビニロン繊維の配合量が多い比較例９では、表面平滑性が悪かった。なお、補強繊維の合計量が５質量％を超えた比較例１０では、混練材が固く、ファイバーボールが多数発生して、成型できなかった。
【００４０】
【表１】
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【符号の説明】
【００４１】
１      セメント系材料
２      補強繊維
３      プレス型
【図１】
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